DE3237136A1

DE3237136A1 - Antenne mit elektronisch schwenkbarem richtdiagramm

Info

Publication number: DE3237136A1
Application number: DE19823237136
Authority: DE
Inventors: Colin Dr. 7906 Blaustein Hamilton
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1982-10-07
Filing date: 1982-10-07
Publication date: 1984-04-12

Description

Beschreibung
Antenne mit elektronisch schwenkbarem Richtdiagramm Die Erfindung betrifft eine Antenne mit einem in einer Ebene schrittweise elektronisch schwenkbarem Richtdiagramm.
Die Schwenkung des Richtdiagramms einer Richtantenne durch elektronische Steuerung von Antennenbauelementen bei feststehender Antenne hat gegenüber der mechanischen Schwenkung der gesamten Antenne einige grundlegende Vorteile wie z.B. Wegfall von Trägheitskräften, geringeres Gewicht, nahezu beliebige Schwenkgeschwindigkeit. Für die elektronische Schwenkung von Richtdiagrammen sind im allgemeinen phasengesteuerte Gruppenantennen im Einsatz.
Diese ermöglichen durch Einstellen der Phasenbeziehungen zwischen den einzelnen Strahlern der Strahlergruppe eine Schwenkung des Diagramms. Bei planaren Gruppenantennen ist der Schwenkwinkel relativ zur Antennennormale begrenzt, so daß für eine 3600 Schwenkung des Diagramms im Azimut noch eine mechanische Drehung der Antenne oderteine Anordnung mit mehreren Antennen erforderlich ist.
Eine elektronische Rundumschwenkung eines Richtdiagramms ist möglich mit einer elektronisch gesteuerten Zylinder-Gruppenantenne. Nachteilig bei solchen Antennen ist ihr relativ großer Platzbedarf und ihr erhebliches Gewicht.
Zudem ist die Herstellung, bedingt durch ein aufwendiges Schalt- und Fokussierungssystem sehr teuer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antenne mit einem in einer Ebene schrittweise elektronisch schwenkbarem Richtdiagramm anzugeben, welche sich demgegenüber durch einen einfachen und platzsparenden Aufbau auszeichnet.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Die senkrecht zu den parallelen Platten angeordneten Metallstäbe können als Kurzschlüsse zwischen den Platten geschaltet werden. Vorzugsweise sind hierzu an den FuB-punkten der Metallstäbe Dioden eingesetzt. Bei durchgeschaltet er Diode stellt der zugehörige Metallstab eine leitende Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Platten her. An dem Kurzschluß wird eine sich zwischen den Platten ausbreitende elektromagnetische Welle reflektiert.
Bei nicht durchgeschalteter Diode ist die Verbindung zwischen den beiden Platten über den Metallstab gesperrt und eine elektromagnetische Welle wird durch den Metallstab in ihrem Ausbreitungsverhalten nicht beeinflußt. Die Metallstäbe sind so angeordnet, daß sie gruppenweise eine Reflektorfläche hinsichtlich der zentralen Speisestelle nachbilden. Die Reflektorfläche wird um so besser nachgebildet, je dichter die Stäbe, die eine Reflektorfläche nachbilden, benachbart sind. Mit zunehmender Dichte steigt allerdings der Aufwand für Fertigung und Steuerung schnell an und das elektrische Verhalten der Metallstäbe bleibt bei sehr großer Dichte auch nicht mehr ohne Einfluß auf eine Welle zwischen den Platten.
Die mehreren vorgesehenen Reflektorflächen können beliebig ausgerichtet sein, so daß sich beispielsweise für jede Reflektorfläche eine andere Hauptstrahlrichtung ergibt.
Vorteilhafterweise sind jedoch die zu den verschiedenen Reflektorflächen gehörigen Hauptstrahlrichtungen um gleiche Winkelschritte gegeneinander versetzt, so daß der bei der Schwenkung überstrichene Bereich gleichmäßig abgetastet wird. Gemäß einer günstigen Ausführungsform sind die nachgebildeten Reflektorflächen alle gleich geformt, so daß ein einheitliches Richtdiagramm schrittweise fortschreitet.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt FIG. 1 die Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Antenne FIG. 2 einen radialen Schnitt durch eine solche Antenne FIG. 3 eine für Hornbetrieb gestaltete Reflektorfläche FIG. 4 eine parabolisch geformte Reflektorfläche FIG. 5 eine besonders vorteilhafte Ausführung mit mehreren gleichförmigen Reflektorblächen.
Das Prinzip der Antenne ergibt sich aus FIG. 1 und 2. Sie besteht aus einer zirkularen Parallelplattenanordnung zweier konzentrischer beabstandeter Platten P mit einer zentralen Einspeisung E. Metallstäbe S sind über die Fläche der Platten an einer der Platten montiert und mit der anderen Platte über Dioden D verbunden. Über die Dioden, vorzugsweise PIN-Dioden, können die durch Metallstäbe und Dioden gebildeten Verbindungen zwischen den Platten hoch- oder niederohmig geschaltet werden. Die Zuleitungen zum Durchschalten der Dioden sind in den Abbildungen nicht eingezeichnet. Die Dioden haben vom Rand der zirkularen Platte einen Mindestabstand von Ä/4 mit h als Betriebswellenlänge. Am Außenrand der Platten sind zirkulare Trichter F zur elevationalen Diagrammformung angeordnet.
Wenn alle Dioden hochohmig geschaltet sind, ergibt sich vorteilhafterweise ein Rundstrahlerdiagramm. Durch Ansteuerung einer Gruppe von Dioden können je nach Anordnung dieser angesteuerten Dioden auf der Plattenfläche unterschiedliche Diagramme erzeugt werden entsprechend den durch die Diodenanordnung nachgebildeten Reflektorflächen.
FIG. 3 zeigt ein Beispiel für eine hornähnliche Gruppierung durchgeschalteter Dioden DK. Eine andere Diodenanordnung, durch welche ein parabolisch geformter Reflektor mit der Einspeisung E im Brennpunkt nachgebildet wird, zeigt die FIG. 4. Auf der dem Reflektor abgewandten Seite der Speisestelle E is-t noch eine weitere durchgeschaltete Diode angeordnet, welche als Direktor wirkt. Die Dichte der Schaltelemente wird die Diagrammqualität bestimmen, insbesondere die Nebenzipfelhöhe. Der scheinbare Abstand zweier benachbarter durchgeschalteter Metallstäbe der Reflektorfläche sollte aus Sicht der Einspeisestelle und der Hauptstrahlrichtung nicht größer sein als eine Viertelwellenlänge.
Die Verteilung der jeweils aus Metallstab und Diode bestehenden Verbindung zwischen den Platten ist an den verschiedenen gewünschten Richtdiagrammen zu orientieren.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung für mehrere jeweils um den gleichen Winkel gegeneinander versetzte Richtdiagramme gleicher Form, welche durch einer Parabelfläche nachgebildete Reflektoren erzeugt werden1 zeigt die FIG. 5. Eine dieser Parabelflächen ist gestrichelt eingezeichnet. Die Dioden, die zu Nachbildung der parabolischen Reflektorfläche besonders wesentlich sind, sind als ausgefüllte Kreise eingezeichnet. In der Mitte der Reflektorfläche liegen die Dioden nicht exakt auf der Parabel, um die Dichte der angeordneten Dioden geringer zu halten. Die übrigen Dioden sind als schwarze Punkte eingetragen. Beim Weiterschalten des Diagramms um einen Winkelschritt werden die eine gleichfalls um diesen Winkelschritt versetzte Reflektorfläche nachbildenden Kurzschlußverbindungen bei gleicher Form der Reflektorfläche gegenüber der ersten Reflektorfläche nur um einen Winkel versetzt, ohne daß sich der Abstand der einander entsprechenden Dioden vom Mittelpunkt verändert. Die Dioden liegen dann alle auf zur Einspeisung konzentrischen Kreisen. Der Radius des innersten Kreises entspricht etwa dem Abstand der Einspeisung vom Scheitelpunkt der Parabelfläche und damit etwa der Brennweite der Parabel. Innerhalb dieses Kreises sind zur Nachbildung der parabolischen Reflektorflächen keine Kurzschlußverbindungen erforderlich. Die mehreren, jeweils um den gleichen Winkelschritt gegeneinander versetzten Parabeln schneiden sich in einer Vielzahl von Punkten. Günstigerweise sind die Metallstäbe mit den Dioden jeweils an den Schnittpunkten angeordnet. Dadurch ist jede Diode für die Nachbildung von mehr als nur einer Reflektorfläche einsetzbar. Von der Anordnung der Dioden auf den Parabelschnittpunkten ist in der Mitte der Parabel abgesehen, da ansonsten die aufeinanderfolgenden Kreise unverhältnismäßig dicht zu liegen kämen. Die Parabelfläche ist in diesem Bereich nur angenähert nachgebildet. Die Abweichungen sind allerdings, wie aus der FIG. 5 ersichtlich, gering. Zur Verringerung der Durchstrahlung durch die nachgebildete Reflektorfläche werden vorteilhafterweise auch alle hinter der Reflektorfläche liegenden Dioden niederohmig geschaltet. Dadurch wird die an sich unerwünschte Strahlung nach rückwärts vermindert. Diese vorteihafte Möglichkeit gilt auch für anders als parabolisch geformte Reflektorflächen.
Vorteilhafterweise ist um die Speisestelle E ein zusätzlicher Kreis mit weiteren schaltbaren Dioden vorgesehen, dessen Kurzschlußverbindungen als der Reflektorfläche gegenüberliegende Subreflektoren für die Einspeisestelle (Direktoren) geschaltet werden. An die Richtwirkung der Direktoren sind keine besonders hohen Anforderungen zu stellen, so daß auf diesem zusätzlichen Kreis eine geringere Anzahl von beispielsweise sechs Dioden ausreicht.
Die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der einzelnen Dioden und/oder Diodengruppen kann beispielsweise einen programmierbaren Prozessor enthalten. Die Ausgestaltung der Steuereinrichtung ist dem Fachmann an sichegeläufig und dem jeweiligen Anwendungsfall anpaßbar.
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Claims

Patentansprüche 1.J Antenne mit einem in einer Ebene schrittweise elektronisch schwenkbaren Richtdiagramm, gekennzeichnet durch eine zirkulare Parallel-Platten-Anordnung mit zentraler Einspeisung (E), durch eine Vielzahl von senkrecht zwischen den parallelen Platten (P) angeordneten, als Kurzschlüsse zwischen den Platten schaltbaren Metallstäben (S), die gruppenweise jeweils eine von mehreren vorgesehenen Reflektorflächen nachbilden, und durch eine Steuereinrichtung, um die Metallstäbe einzeln oder gruppenweise kurzzuschließen 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fußpunkten der Metallstäbe schaltbare Dioden (D) eingesetzt sind.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß PIN-Dioden eingesetzt sind.
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschiedenen Reflektorflächen entsprechenden Hauptstrahlrichtungen um gleiche Winkelschritte gegeneinander versetzt sind.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren nachgebildeten Reflektorflächen untereinander gleich geformt sind.
6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstäbe (S) auf zur Einspeisestelle (E) konzentrischen Kreisen liegen.
7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstäbe gleichmäßig auf dem jeweiligen Kreisumfang verteilt sind.
8. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorflächen parabolisch mit der Einspeisestelle als gemeinsamem Brennpunkt geformt sind.
9. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kreis um die Speisestelle mit einem Radius von ca. einer Viertelwellenlänge vorgesehen ist, dessen Metallstäbe als Subreflektor für die Einspeisestelle geschaltet werden.
10. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenrand mit zirkularen Trichtern (F) zur elevationalen Diagrammformung versehen ist.